Je leest:

‘Ik wil graag weten wat de invloed van leven op een atmosfeer is’

‘Ik wil graag weten wat de invloed van leven op een atmosfeer is’

Dennis Höning onderzoekt de evolutie van de aarde om aanwijzingen te vinden voor wat een (exo)planeet leefbaar maakt

Auteur: | 5 december 2019

Waaraan kun je zien of er op een andere planeet misschien leven is (geweest)? Dennis Höning onderzoekt hoe processen op aarde de samenstelling van de atmosfeer bepalen en hoopt zo aanknopingspunten voor het ruimteonderzoek te vinden.

Dennis Höning studeerde geofysica in Münster (Duitsland) en promoveerde in 2016 bij het Instituut voor Planetair Onderzoek van het Duits Ruimtevaart Centrum (DLR) in Berlijn. Hij is nu postdoctoraal onderzoeker bij de VU Amsterdam en Fellow bij het Origins Center.
Dennis Höning

Om te ontdekken of er buitenaards leven bestaat moet je kijken naar andere planeten dan de aarde. Klinkt logisch. Maar om een idee te krijgen van waar je dan precies naar moet zoeken is het juist heel belangrijk om goed te begrijpen waarom leven op aarde mogelijk is.

Want wat maakt de aarde eigenlijk geschikt voor leven? En op welke kenmerken moet je daarom letten als je wilt weten of andere planeten leefbaar zijn? Dat wil geofysicus Dennis Höning, postdoctoraal onderzoeker bij VU Amsterdam en het Origins Center, ontrafelen door zich te concentreren op de evolutie van planeten. NEMO Kennislink ging langs om te horen hoe dat bijdraagt aan de zoektocht naar mogelijk leven elders in het heelal.

Wat is de leidende vraag in jouw onderzoek?

“De overkoepelende vraag is of er leven buiten de aarde bestaat. Dat is een heel grote, bijna filosofische vraag die de mensheid zich al heel lang stelt. Ik werk aan deze vraag door computermodellen te bouwen waarmee we de evolutie van het binnenste van planeten, waaronder ook de aarde, bestuderen.”

Wat heeft dat met mogelijk buitenaards leven te maken?

“Om leven mogelijk te maken moet een planeet aan verschillende voorwaarden voldoen. Er moeten energiebronnen zijn, denk aan een nabijgelegen ster zoals in ons geval de zon. De planeet moet een vast oppervlak hebben en er moeten stoffen aanwezig zijn, bijvoorbeeld vloeibaar water, die als bouwstenen voor leven kunnen dienen. Ik zoek naar de relaties tussen dit soort kenmerken van een planeet en de samenstelling van de atmosfeer rond die planeet. Van exoplaneten zullen we, zeker de eerste tijd, waarschijnlijk alleen iets kunnen meten over hun atmosfeer. We zoeken daarom naar kenmerken in een atmosfeer die erop duiden dat een planeet interessant genoeg is om verder te onderzoeken op tekenen van leven. Door beter te begrijpen hoe de ontwikkeling van een planeet de atmosfeer beïnvloedt, kunnen we vervolgens bepalen wat de samenstelling van een atmosfeer je vertelt over een planeet waar je verder nog niets van weet.”

Het TRAPPIST-systeem omvat zeven exoplaneten die in grootte vergelijkbaar zijn met de aarde. Drie van deze planeten bevinden zich in de zogeheten ‘bewoonbare zone’, wat betekent dat de temperatuur op deze planeten waarschijnlijk goed is voor de aanwezigheid van vloeibaar water.

Hoe kun je aan een atmosfeer zien of er misschien vloeibaar water aanwezig is?

“Dat kun je niet direct zien, maar om vloeibaar water te hebben moet het niet te koud zijn en ook niet te heet. Dat geeft je meteen verschillende aanknopingspunten, omdat de oppervlaktetemperatuur van een planeet door meerdere factoren wordt bepaald. De afstand tot de ster waar de planeet om draait, de intensiteit van de ster en de aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer spelen allemaal een rol in het bepalen van de oppervlaktetemperatuur. Mijn onderzoek richt zich vooral op de vraag welke processen de hoeveelheid CO2 in een atmosfeer bepalen, zodat we uit het CO2-gehalte in atmosferen van onbekende planeten iets kunnen afleiden over hoe zo’n planeet eruitziet.”

Welke processen zijn dat?

“Het is een kringloop, de zogeheten carbonaat-silicaat-cyclus. Vulkanen stoten gassen, waaronder CO2, uit naar de atmosfeer. CO2 komt vervolgens, opgelost in regendruppels, weer terecht op het oppervlak en reageert dan met silicaten – dat zijn mineralen in de aardkorst – tot een ander type mineralen, de carbonaten. Dat proces heet verwering van gesteente. Doordat op aarde het oppervlak in beweging is, worden die carbonaten getransporteerd naar subductiezones, plekken waar een aardplaat onder een andere schuift. De carbonaten belanden zo in de diepte, waar de temperatuur en de druk heel hoog zijn. Dat zorgt voor degradatie, de carbonaten worden afgebroken, CO2 komt vrij en stijgt naar het oppervlak en komt zo uiteindelijk weer terecht in de atmosfeer.”

En als je dus iets kunt zeggen over het CO2-gehalte, dan weet je iets over deze kringloop? Maar wat leren we daar dan uit?

“Het kan ons bijvoorbeeld iets vertellen over tektonische activiteit, het bewegen van delen van het oppervlak op een planeet. Als dat er niet is, zijn er geen subductiezones en worden de carbonaten niet meer naar binnen getransporteerd. Er kunnen echter wel vulkanen actief zijn die CO2 uitstoten. Het gevolg is dat het CO2-gehalte in de atmosfeer niet meer efficiënt gereguleerd kan worden, waardoor de planeet mogelijk veel te heet wordt.”

Is tektonische activiteit daarmee een voorwaarde voor leven?

“Planeten zonder tektonische activiteit zijn niet per definitie onleefbaar, maar onze modellen laten zien dat alle processen op zo’n planeet heel veel langzamer verlopen. Dat maakt het moeilijker voor die planeet om het klimaat goed te reguleren.”

Alle kennis die we tot nu toe hebben over leefbare planeten is gebaseerd op de aarde. Als je die kennis gebruikt om iets te voorspellen over andere planeten, hoe betrouwbaar is dat dan?

Artist impression van het oppervlak van een van de exoplaneten uit het TRAPPIST-systeem met uitzicht op de ster en twee andere planeten van dit systeem.

“Dat klopt, een heel groot deel van onze kennis is gebaseerd op wat we weten van de aarde. We proberen de aardse processen zo goed mogelijk te modelleren om grip te krijgen op de invloed van al die verschillende factoren die mogelijk iets te maken hebben de leefbaarheid van een planeet. Echter, de natuurkundige principes waarop deze processen zijn gebaseerd zijn universeel, daar zit niet veel specifieke ‘aardse’ vooringenomenheid in. Tegelijkertijd moet je natuurlijk altijd voorzichtig zijn, je mag niet zonder meer aannemen dat mechanismen op aarde ergens anders in het heelal op precies dezelfde manier plaatsvinden.”

Welke aardeprocessen bestudeer je nog meer?

“Ik kijk ook naar de vorming en groei van de continenten. Dat is heel belangrijk geweest en is het nog steeds voor de carbonaat-silicaat-cyclus en voor de evolutie en het behoud van leven op aarde. Een van de dingen die we hebben gevonden is dat de continentale groeicurve afhangt van de begintemperatuur van de aardmantel [de laag gesteente direct onder de korst, red.]. Een planeet die kouder ‘begint’ heeft minder continentale vorming dan een planeet met een hogere begintemperatuur. Dat soort algemene, functionele verbanden zoek ik. Een ander voorbeeld is de massaverdeling in een planeet. We weten dat de straal en de massa van een planeet belangrijke factoren zijn voor de mogelijke leefbaarheid, maar de verhouding tussen de binnenste kern en de dikte van de mantel is ook belangrijk. Onze modellen laten zien dat als je bijvoorbeeld een dunne silicaatmantel hebt, je minder vrijkomende broeikasgassen hebt en dus ook weer een dunnere atmosfeer. En dat heeft weer invloed op de oppervlaktetemperatuur.”

Wat wil je graag bereiken met je onderzoek?

Uitgelicht door de redactie

Economie
Je geld of je leven?

Maatschappijwetenschap
Politie, burgers en technologie-ontwikkelaars in gesprek over de toekomst van de stad

Informatica
De gigantische logistieke operatie van het coronavaccin

“Ik wil heel graag weten wat de invloed van leven op een atmosfeer is. We weten dat leven de omgeving verandert; leven speelt ook een rol in de verwering van gesteente. Bomen breken rotsen kapot met hun wortels, micro-organismen produceren zuren waardoor gesteente oplost; dit heeft ook allemaal weer gevolgen voor de atmosfeer. Kunnen we een wiskundige beschrijving vinden van leven als een kracht die de samenstelling van de atmosfeer bepaalt? Dat lijkt me een mooi resultaat.”

Je hebt geofysica gestudeerd, hoe ben je op het spoor van buitenaards leven gekomen?

“Ik koos tijdens mijn studie als specialisatie voor het modelleren van het binnenste van de aarde en daarna heb ik mijn promotieonderzoek gedaan bij het Duitse Ruimtevaart Centrum binnen een programma dat ‘planetaire evolutie en leven’ heette. De combinatie van geologie en geofysica met andere vakgebieden zoals biologie, scheikunde en astronomie vond ik fascinerend. Als kind vroeg ik me, net als waarschijnlijk iedereen, ook wel af of er buitenaards leven zou zijn, maar pas tijdens mijn promotie ontdekte ik dat je echt serieus wetenschappelijk onderzoek kunt doen naar die vraag.”

Serie interviews met Origins Center Fellows

Dit artikel hoort bij een serie van interviews met de ‘research fellows’ (postdoctorale onderzoekers) van het Origins Center.

Het Origins Center is een Nederlands samenwerkingsverband dat wetenschappers uit heel diverse onderzoeksgebieden bij elkaar brengt rond een van de grote vragen in de wetenschap, namelijk de oorsprong van leven op aarde en in het heelal. Het onderzoeksprogramma omvat vijf hoofdthema’s:

  1. Oorsprong en co-evolutie van aardachtige planeten en leven
  2. Evolutie voorspellen
  3. Leven bouwen en sturen van molecuul tot biosfeer
  4. Zoeken naar leven buiten de aarde
  5. Overbruggen van grote stappen in lengte- en tijdschalen

Andere interviews in deze reeks:

Shraddha Shitut,‘Ik vind het fascinerend hoe individuele cellen kunnen samenwerken’, 18 april 2019

Omer Markovitch,‘Chemie en biologie zijn geen gescheiden werelden’, 29 mei 2019

Meike Wortel en Ken Kraaijeveld, ‘Evolutie gaat veel sneller dan we dachten’, 15 juli 2019

Renske Vroomans, ‘Evolutie is een hacker die al doende leert programmeren’, 2 april 2020

Enrico Sandro Colizzi, ‘De natuur is het beste experiment’, 9 oktober 2020

Korte film waarin Dennis Höning zijn onderzoek uitlegt (Engels gesproken, geen ondertiteling)

Bronnen:

James Kasting and David Catling, Evolution of a habitable planet, Annual Review of Astronomy and Astrophysics (2003), doi:10.1146/annurev.astro.41.071601.170049

Dennis Höning, Nicola Tosi, Hendrik Hansen-Goos, Tilman Spohn, Bifurcation in the growth of continental crust, Physics of the Earth and Planetary Interiors (2019), doi:10.1016/j.pepi.2019.01.001

Dennis Höning, Nicola Tosi, Tilman Spohn, Carbon cycling and interior evolution of water-covered plate tectonics and stagnant-lid planets, Astronomy and Astrophysics (2019), doi:10.1051/0004-6361/201935091

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 december 2019

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.